Python的运算符有哪些？and、or为什么会返回对象？

面试官问："Python有哪些运算符？and和or为什么不总是返回True或False？"

很多人会列举加减乘除、大于小于，但对逻辑运算符的返回值感到困惑。看到3 and 5返回5、0 or "hello"返回"hello"，以为是特殊情况。真正要讲清楚的是：Python的and、or采用短路求值，返回的是决定真假的那个对象本身，而不是转换后的布尔值。

简要回答

Python运算符按功能分为：算术运算符（+、-、*、/、//、%、**）、比较运算符（==、!=、>、<、>=、<=、is、is not、in、not in）、逻辑运算符（and、or、not）、位运算符（&、|、^、~、<<、>>）、赋值运算符（=、+=、-=等）和其他运算符（如海象运算符:=）。

and和or采用短路求值，返回决定结果的对象，而不是True或False。x and y在x为假时返回x，否则返回y；x or y在x为真时返回x，否则返回y。这种设计让表达式更简洁，比如result = x or default可以在x为空时使用默认值。

not是唯一总是返回布尔值的逻辑运算符，它对操作数取反后返回True或False。

详细回答

算术运算符

常见的数学运算：

print(10 / 2)    # 5.0，真除法总是返回浮点数
print(-7 // 2)   # -4，地板除向负无穷取整
print(-7 % 2)    # 1，余数符号跟随除数
print(2 ** 10)   # 1024

/总是返回浮点数，即使能整除。//是向下取整，对负数来说是朝负无穷方向，所以-7 // 2是-4而不是-3。%和//配套，满足a == (a // b) * b + a % b，因此余数的符号跟随除数。这两点是C/Java转过来的录友最容易踩的坑。

比较运算符

==、<这类比较对内置类型返回True或False。Python的比较运算符支持链式比较，1 < x < 10等价于1 < x and x < 10，中间的x只计算一次：

age = 25
print(18 <= age < 60)  # True
print(1 < 3 > 2)       # True，等价于 1 < 3 and 3 > 2

is和is not比较对象身份，已在《is和==有什么区别？》中详细讲解。

in和not in判断成员关系，比如3 in [1, 2, 3]、"py" in "python"。它的本质是调用容器的__contains__()方法，没有该方法时退回到迭代逐个比较。

逻辑运算符：and、or、not

这是面试重点。先明确真值测试：在if、while、and、or、not这类需要判断真假的位置，Python会检查对象的真假。None、False、数值零（0、0.0）、空容器（""、[]、{}、set()等）为假，其余对象默认为真。自定义类可以通过__bool__()或__len__()改变规则。

and和or只用真值测试做判断，返回的却是原来的操作数对象，不是布尔值。

and：遇假即停

x and y的求值规则：

1. 先计算x，如果x为假，直接返回x，不再计算y。
2. 如果x为真，返回y（不管y真假）。

or：遇真即停

x or y的求值规则：

1. 先计算x，如果x为真，直接返回x，不再计算y。
2. 如果x为假，返回y（不管y真假）。

用一段代码同时验证两条规则：

print(0 and 5)          # 0，左边为假，直接返回左边
print(3 and 5)          # 5，左边为真，返回右边
print([] or "default")  # default，左边为假，返回右边
print("Carl" or "anon") # Carl，左边为真，直接返回左边

nickname = ""
print(nickname or "匿名用户")  # 匿名用户

nickname or "匿名用户"是常见的默认值写法：空字符串为假，or返回右边的对象。它的坑在于0、""、[]都会被当成"没有值"。如果0是合法输入，就要写成x if x is not None else default。

not总是返回布尔值

not 0是True，not [1, 2]是False。它只有一个操作数，不存在短路问题，也不会返回原对象。

图中展示了and和or的短路求值机制：and在左侧为假时直接返回左侧对象，or在左侧为真时直接返回左侧对象，都不会继续计算右侧表达式。

短路求值的实际意义

短路求值不仅是性能优化，还能避免错误：

data = []
if data and data[0] == 1:
    print("第一个元素是1")
print("没有报错")  # 没有报错

data是空列表，and在左边就停下了，data[0]根本不会执行，所以不会抛IndexError。同理，user and user.name可以在user为None时避免AttributeError。把"保护条件"写在and左边，是短路求值最常见的用法。

位运算符

对整数的二进制位进行操作：

运算符	含义	示例
&	按位与	5 & 3 → 1
\|	按位或	5 \| 3 → 7
^	按位异或	5 ^ 3 → 6
~	按位取反	~5 → -6
<<	左移	5 << 1 → 10
>>	右移	5 >> 1 → 2

&、|不是逻辑运算符。它们不短路，两边都会求值；对bool使用时虽然能得到True或False，但和比较运算混用时优先级会坑人：x > 1 & x < 5实际是x > (1 & x) < 5。条件判断一律用and、or。

赋值运算符

=把名字绑定到对象，+=、-=、*=等是复合赋值。x += 1看起来等价于x = x + 1，但对可变对象并不完全一样：列表的+=会调用__iadd__()原地修改，x = x + [1]则创建新列表再重新绑定。如果还有其他名字指向原列表，两种写法的结果就不一样。这一点和《可变对象与不可变对象》直接相关。

Python 3.8引入了海象运算符:=（赋值表达式），可以在表达式中同时赋值和使用值：

words = ["python", "go", "javascript"]
if (n := len(words)) > 2:
    print(f"共{n}个单词")  # 共3个单词

海象运算符可以减少重复计算或重复调用，但不要滥用，影响可读性时还是拆开写更清楚。

运算符优先级

常见优先级从高到低：

1. **（幂运算）
2. ~、+、-（一元运算符）
3. *、/、//、%
4. +、-（二元加减）
5. <<、>>（位移）
6. &（按位与）
7. ^（按位异或）
8. |（按位或）
9. 比较运算符（==、!=、>、<等）
10. not
11. and
12. or

两个容易错的点：**右结合且高于一元负号，所以-2 ** 2是-4；not低于比较运算，所以not x == y是not (x == y)。拿不准就加括号。

知识拓展

面试官可能追问：

Q1：老代码里的cond and a or b有什么问题？

这是三元表达式出现前的模拟写法，问题在于a为假时会错误地返回b。比如True and 0 or 10结果是10而不是0。Python 2.5起就有条件表达式，直接写a if cond else b。

Q2：1 or 2 and 0返回什么？

返回1。and优先级高于or，表达式等价于1 or (2 and 0)；左边1为真，or直接短路，右边根本不计算。

Q3：in运算符的时间复杂度是多少？

取决于容器。列表、元组、字符串需要逐个比较，是O(n)；集合和字典的键基于哈希查找，平均是O(1)。频繁做成员判断时，先把数据转成集合。

Q4：为什么~5等于-6？

Python的整数语义规定~x等于-(x+1)，可以理解为在无限位补码下按位取反。Python整数没有固定位宽，所以不会像C语言那样出现~5等于某个大正数的情况。

Q5：a < b < c和a < b and b < c完全等价吗？

结果一样，但链式比较中的b只计算一次。如果b是一个有副作用或很耗时的函数调用，两种写法的行为就会不同。